Kajian Aus Pahat pada pembubutan Baja Aisi 4340 Menggunakan Pahat Karbida PVD Berlapis

KAJIAN AUS PAHAT PADA PEMBUBUTAN BAJA
AISI 4340 MENGGUNAKAN
PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

DALE CARNEGIE
120401084

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

ABSTRACT
In metal cutting industry, coolant is widely used to obtain a longer tool life, but
the coolant used in metal cutting process has several negative impacts on health
and environment. Therefore, dry machining conducted in this research was to
make the metal cutting process clean and safe to the environment. The turning
process was also conducted with hard machining to turn AISI 4340 steel material
with hardness 45 – 50 HRc. The insert used to the process was a PVD insert

carbide coating with AlTiN. The turning process was conducted with 3
independent variables namely cutting speed, feed rate and depth of cut. The
turning process was conducted to see the wear occured in 8 cutting conditions
with high and low extreme condition. The data of the research were analyzed by
software design expert to determine which variables were the most influential on
wear and tool life.
Keyword : Turning, wear, tool life, dry machining, hard machining, design
expert.

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Pada industri pemotongan logam, cairan pendingin banyak digunakan untuk
memperoleh umur pahat yang lebih lama, tetapi cairan pendingin yang digunakan
pada proses pemotongan logam mempunyai beberapa dampak negatif bagi
kesehatan dan lingkungan. Oleh karena itu dilakukan permesinan kering pada
penelitian ini untuk membuat proses pemotongan logam yang bersih dan aman
terhadap lingkungan. Proses pembubutan dilakukan juga dengan permesinan keras
untuk membubut material baja AISI 4340 dengan kekerasan 45 – 50 HRc. Pahat
yang digunakan adalah Pahat karbida PVD berlapis AlTiN. Proses pembubutan

dilakukan dengan 3 variabel bebas yaitu kecepatan potong, gerak makan, dan
kedalaman potong. Pembubutan dilakukan untuk melihat aus pahat yang terjadi
pada 8 kondisi pemotongan dengan kondisi ekstrim high dan ekstrim low. Data
hasil penelitian dianalisa dengan menggunakan software design expert untuk
menentukan variabel mana yang paling berpengaruh terhadap aus pahat dan umur
pahat.
Kata Kunci : Proses Pembubutan, aus pahat, umur pahat, pembubutan kering,
pembubutan keras, design expert.

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas
berkat dan karunia-Nya kami dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul
“KAJIAN

AUS

PAHAT

PADA

PEMBUBUTAN

BAJA

AISI

4340

MENGGUNAKAN PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS”.
Kami menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan laporan tugas akhir
ini kami banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak baik secara moril
maupun materil. Oleh karena itu pada kesempatan ini kami ucapkan terima kasih
kepada semua pihak yang telah membantu kami dalam proses penulisan laporan
tugas akhir ini :
1. Dr. Ir. Muhammad Sabri, MT. selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin.
2. Terang UHSG Manik, ST. MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik

Mesin.
3. Ir. Tugiman, M.T. selaku Koordinator skripsi Departemen Teknik
Mesin.
4. Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng. selaku Dosen Pembimbing
Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktunya dalam
membimbing penulisan tugas akhir ini.
5. Ayah dan Ibu serta Keluarga Besar penulis yang senantiasa
memberikan dukungan dan bantuan berupa moril maupun materil.
6. Seluruh staff pengajar dan staff tata usaha Departemen Teknik Mesin
yang membimbing dan membantu segala keperluan penulis selama
perkuliahan.
7. SMKN 1 Percut Sei Tuan yang telah memberikan kesempatan serta
dukungan kepada kami untuk belajar dan menggunakan mesin bubut
CNC.
8. Bapak Saragih yang telah meluangkan waktunya serta mengijinkan
kami untuk menggunakan mesin bubut CNC selama penelitian di
SMKN 1 Percut Sei Tuan.

Universitas Sumatera Utara

9. Bapak Rahmat yang telah meluangkan waktunya serta mengijinkan
kami untuk menggunakan mesin bubut CNC selama penelitian di
SMKN 1 Percut Sei Tuan.
10. Bang Yasin dan juga seluruh staf dan teknisi di SMKN 1 Percut Sei
Tuan yang telah memberikan bantuan dan kerja sama.
11. Batch 3.1, Lambok, Ricky, Rioaji yang telah bekerja sama dengan baik
dan menjadi tim yang baik.
12. Seluruh rekan – rekan stambuk 2012 yang tidak bisa penulis sebutkan
namanya

satu

persatu

yang

memberikan

dukungan

dalam

menyelesaikan tugas akhir ini.
13. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang telah
memberikan bantuan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas
akhir ini.
Penulis juga menyadari bahwa dalam penulisan laporan tugas akhir ini
terdapat kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun guna
menyempurnakan laporan tugas akhir ini sangat kami harapkan.
Semoga laporan tugas akhir ini dapat dimanfaatkan sebaik baiknya dalam
menumbuhkan suasana ilmiah dan kreatifitas dalam pengembangan teknologi
tepat guna di lingkungan Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara khususnya di
lingkungan Universitas Sumatera Utara umumnya agar berguna bagi kemajuan
bangsa dan negara.

Medan, Agustus 2017

Penulis

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ......................................................................... i
ABSTRAK ................................................................................................... v
KATA PENGANTAR ............................................................................... vii
DAFTAR ISI ............................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xi
DAFTAR TABEL .................................................................................... xiii

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 1
1.1. Latar Belakang .............................................................................. 3
1.2. Batasan Masalah ........................................................................... 3
1.3. Tujuan Penelitian .......................................................................... 3
1.4. Sistematika Penelitian ................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................. 5
2.1. Teori Pembubutan ......................................................................... 5
2.2. Pembubutan Keras ......................................................................... 7
2.3. Pembubutan Kering ....................................................................... 8

2.4. Keausan Pahat ................................................................................ 8
2.5. Umur Pakai Pahat ........................................................................ 14
2.6. Material Pahat .............................................................................. 16
2.6.1 Pahat Karbida PVD berlapis ................................................ 19
2.6.1.1 Lapisan AlTiN ..................................................... 21
2.7. Material Benda Kerja ................................................................... 21
2.7.1 Baja AISI 4340 ................................................................. 22

BAB III ALAT DAN BAHAN .................................................................. 24
3.1. Alat ............................................................................................. 24
3.2. Bahan .......................................................................................... 27
3.3.Metodologi Penelitian .................................................................. 29
3.3.1. Desain Eksperimen ........................................................ 29

Universitas Sumatera Utara

BAB IV HASIL ANALISA DAN DISKUSI ........................................... 33
4.1. Hasil ............................................................................................ 33
4.1.1. Aus Pahat....................................................................... 33
4.1.2. Diskusi .......................................................................... 54

4.1.2.1. Perilaku Aus Pahat ............................................. 54
4.1.2.2. Kriteria Umur Pahat ........................................... 58
4.2. Design of Experiment ................................................................. 85
4.2.1. Variabel yang berpengaruh terhadap aus pahat ............. 85
4.2.2. Variabel yang berpengaruh terhadap umur pahat ......... 87

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................... 89
5.1. Kesimpulan ................................................................................. 89
5.2. Saran ........................................................................................... 90

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................... xiv
LAMPIRAN ................................................................................................ xv

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1. Mesin Bubut CNC ........................................................................ 24
Gambar 3.2. Mikroskop Dino-Lite ................................................................... 25
Gambar 3.3. Tool Holder ................................................................................. 26

Gambar 3.4. Baja AISI 4340 ............................................................................ 27
Gambar 3.5. Baja AISI 4340 Skala Dengan Pulpen ......................................... 27
Gambar 3.6. Mata Pahat PVD Kennametal ..................................................... 28
Gambar 3.7. Mata Pahat Skala Dengan Tutup Pulpen ...................................... 29
Gambar 3.8. Diagram Alir Penelitian .............................................................. 31
Gambar 3.9. Lanjutan Diagram Alir Penelitian ............................................... 32
Gambar 4.1. Pahat kondisi pemotongan HHH ................................................. 33
Gambar 4.2. Pahat kondisi pemotongan HHL .................................................. 34
Gambar 4.3. Pahat kondisi pemotongan HLH ................................................. 34
Gambar 4.4. Pahat kondisi pemotongan HLL .................................................. 35
Gambar 4.5. Pahat kondisi pemotongan LHH ................................................. 35
Gambar 4.6. Pahat kondisi pemotongan LHL .................................................. 36
Gambar 4.7. Pahat kondisi pemotongan LLH .................................................. 36
Gambar 4.8. Pahat kondisi pemotongan LLL .................................................. 37
Gambar 4.9. Aus Pahat pada Daerah C ............................................................ 38
Gambar 4.10. Aus Pahat pada Daerah B .......................................................... 39
Gambar 4.11. Aus Pahat pada Daerah N .......................................................... 39
Gambar 4.12. Aus Pahat pada Daerah C .......................................................... 40
Gambar 4.13. Aus Pahat pada Daerah B .......................................................... 41
Gambar 4.14. Aus Pahat pada Daerah N .......................................................... 41
Gambar 4.15. Aus Pahat pada Daerah C .......................................................... 39
Gambar 4.16. Aus Pahat pada Daerah B .......................................................... 42
Gambar 4.17. Aus Pahat pada Daerah N .......................................................... 42
Gambar 4.18. Aus Pahat pada Daerah C .......................................................... 44
Gambar 4.19. Aus Pahat pada Daerah B .......................................................... 45
Gambar 4.20. Aus Pahat pada Daerah N .......................................................... 45
Gambar 4.21. Aus Pahat pada Daerah C .......................................................... 46

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.22. Aus Pahat pada Daerah B .......................................................... 47
Gambar 4.23. Aus Pahat pada Daerah N .......................................................... 47
Gambar 4.24. Aus Pahat pada Daerah C .......................................................... 48
Gambar 4.25. Aus Pahat pada Daerah B .......................................................... 49
Gambar 4.26. Aus Pahat pada Daerah N .......................................................... 49
Gambar 4.27. Aus Pahat pada Daerah C .......................................................... 50
Gambar 4.28. Aus Pahat pada Daerah B .......................................................... 51
Gambar 4.29. Aus Pahat pada Daerah N .......................................................... 51
Gambar 4.30. Aus Pahat pada Daerah C .......................................................... 52
Gambar 4.31. Aus Pahat pada Daerah B .......................................................... 53
Gambar 4.32. Aus Pahat pada Daerah N .......................................................... 53
Gambar 4.33. Plot Kondisi High ...................................................................... 54
Gambar 4.34. Plot Kondisi Low ...................................................................... 55
Gambar 4.35. Aus Tepi Vs Waktu HHH ......................................................... 59
Gambar 4.36. Aus Tepi Vs Waktu HHL .......................................................... 61
Gambar 4.37. Aus Tepi Vs Waktu HLH .......................................................... 63
Gambar 4.38. Aus Tepi Vs Waktu HLL .......................................................... 65
Gambar 4.39. Aus Tepi Vs Waktu LHH .......................................................... 67
Gambar 4.40. Aus Tepi Vs Waktu LHL .......................................................... 69
Gambar 4.41. Aus Tepi Vs Waktu LLH .......................................................... 71
Gambar 4.42. Aus Tepi Vs Waktu LLL ........................................................... 73
Gambar 4.43. Penampakan Aus Pahat Utuh HHH .......................................... 75
Gambar 4.44. Penampakan Aus Pahat Utuh HHL ........................................... 76
Gambar 4.45. Penampakan Aus Pahat Utuh HLH ........................................... 77
Gambar 4.46. Penampakan Aus Pahat Utuh HLL ........................................... 78
Gambar 4.47. Penampakan Aus Pahat Utuh LHH ........................................... 79
Gambar 4.48. Penampakan Aus Pahat Utuh LHL ........................................... 80
Gambar 4.49. Penampakan Aus Pahat Utuh LLH ........................................... 81
Gambar 4.50. Penampakan Aus Pahat Utuh LLL ............................................ 82

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Perbandingan PVD dan CVD .......................................................... 21
Tabel 2.2. Komposisi Kimia Baja AISI 4340 .................................................. 22
Tabel 2.3. Sifat mekanis Baja AISI 4340 .......................................................... 23
Tabel 3.1. Variasi parameter kondisi pemotongan 23…………………………29
Tabel 3.2. Data 8 Kondisi Pemotongan ………………………………………30
Tabel 4.1. Hasil Kondisi Pemotongan .............................................................. 37
Tabel 4.2. Pertumbuhan Aus Pahat HHH ......................................................... 38
Tabel 4.3. Pertumbuhan Aus Pahat HHL ......................................................... 40
Tabel 4.4. Pertumbuhan Aus Pahat HLH ......................................................... 42
Tabel 4.5. Pertumbuhan Aus Pahat HLL ......................................................... 44
Tabel 4.6. Pertumbuhan Aus Pahat LHH ......................................................... 46
Tabel 4.7. Pertumbuhan Aus Pahat LHL ......................................................... 48
Tabel 4.8. Pertumbuhan Aus Pahat LLH ......................................................... 50
Tabel 4.9. Pertumbuhan Aus Pahat LLL .......................................................... 52
Tabel 4.10. Fasa Aus Pahat HHH ................................................................... 56
Tabel 4.11. Fasa Aus Pahat HHL ..................................................................... 56
Tabel 4.12. Fasa Aus Pahat HLH ..................................................................... 56
Tabel 4.13. Fasa Aus Pahat HLL ..................................................................... 56
Tabel 4.14. Fasa Aus pahat LHH ...................................................................... 57
Tabel 4.15. Fasa Aus Pahat LHH ..................................................................... 57
Tabel 4.16. Fasa Aus Pahat LHL ..................................................................... 57
Tabel 4.17. Fasa Aus Pahat LLL ...................................................................... 57
Tabel 4.18. Roughness Grade Numbers ........................................................... 84
Tabel 4.19. Hasil Analisa Design Expert terhadap aus pahat .......................... 86
Tabel 4.20. Hasil Analisa Design Expert terhadap aus pahat .......................... 87

Universitas Sumatera Utara